简易金属探测仪（附AD工程文件）

专业金属探测仪设计与实现：理论与实践


引言

本文讨论了一款基于简易PCB设计的金属探测仪的原理研究与实现。起因是针对某职业技工学校科普教育活动的需求，作者接受了设计简易金属探测仪的任务。尽管作者作为本科机械工程专业学生，在电子相关领域涉猎较少，但鉴于市场上已有多款类似成品，完成此任务的难度相对较低。经过hardware采购、原理探究与B站学习资源的调试，作者旨在本专栏详述该金属探测仪的电路原理与设计。

电路原理概览




该金属探测仪由振荡电路、检测电路与报警电路组成。其工作原理基于LC振荡和涡流现象：

1. 振荡电路：通过LC振荡器产生正弦信号。当金属物体接近板载线圈时，激发金属内部涡流，改变电路参数，破坏振荡条件。

2. 检测电路：捕捉振荡信号的变化，通过比较不同的电平响应，表示金属检测结果。


3. 报警电路：根据检测电路的输出，激活声光报警设备。


振荡电路的深入解析


振荡电路主要由放大器、反馈网络和选频网络构成。其核心要素包括：


1. 维持振荡的条件：反馈系统的增益要达到无穷大，确保振荡信号的持续输出。

2. 振荡信号建立：在输入信号为零时，通过放大器构建初始振荡信号，之后维持这一信号的稳定输出。

3. 选频网络：使用RC或LC网络实现传输频率信号的选择，确保振荡器仅对目标频率作出反应（在LC选频网络中为主）。

4. 振荡电路构建：包含NPN三极管、电感和电容，实现正反馈机制，确保信号放大与保持。

涡流现象的应用

金属探测器中实现的涡流现象涉及电磁感应原理，当交变磁场穿过金属时，金属内部产生涡流。涡流导致电阻改变，进而影响LC电路的工作状态。通过检测LC振荡器输出的变化，判断金属的存在。

检测与报警电路设计

1. 检测电路：利用三极管的导通条件（少于特定电压）与振荡器输出信号进行比较，通过控制电容的充电和放电过程，输出高低电平信号。

2. 报警电路：由三极管驱动，将检测电路的信号转换为实际的声光警报信号。


实际设计与注意事项

设计过程基于Altium Designer，元件选择参考网络资源。具体布线与联接需对应电路原理，注意区分单独电感线圈的双层电路布线细节。最后，成品展示了工程文件以利后续设计者参考。